中國首顆“羲和號”如何給太陽大氣做“CT”？

8月30日，中國首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”探日成果在北京正式發布，該衛星由中國航天科技集團八院抓總研制。自2021年10月14日成功發射以來，“羲和號”按照既定任務計劃開展科學觀測，累計下傳原始觀測數據50Tbit，生成科學數據約300Tbit，這些數據已向全球開放共享，得到了美、法、德等國太陽物理研究學者的廣泛應用。

衛星“磁懸浮”，讓拍照又精又穩

在1.5億公里遠的地球附近對太陽“明察秋毫”，對相機的指向精度和穩定度提出更高要求。“羲和號”在國際上首次采用基于“動靜隔離、主從協同”理念的非接觸式磁浮衛星平臺，就像給相機裝上高精尖的“云臺”，讓相機對得準，拍得穩。

傳統衛星采用平臺艙和載荷艙固連的設計方法，平臺艙飛輪、陀螺等活動部件的振動將不可避免地傳遞至載荷艙，造成相機觀測質量下降。“羲和號”將平臺艙與載荷艙物理隔離，有效隔絕衛星平臺的干擾，通過大帶寬、超高精度磁浮作動器，讓相機拍照“更穩、更準”，將中國衛星平臺的姿態控制水平提升了1至2個數量級。

同時，為了實現平臺艙對載荷艙的能源供給以及兩艙之間的信息傳輸，“羲和號”還在軌驗證了艙間無線能源傳輸、艙間激光通信等多項衛星平臺新技術。未來，“雙超”(超高指向精度、超高穩定度)平臺還將應用于空間天文探測、高分辨率對地詳查等新一代航天任務中，成為高精度觀測的利器。

Hα光譜掃描，國際首次給太陽大氣做“CT”

對于太陽物理研究而言，Hα譜線十分重要，它是太陽活動在太陽低層大氣中響應最強的譜線。對這條譜線開展探測，可以同時獲得光球層和色球層的活動信息，大大提高人類對太陽爆發物理機制的認知。

“羲和號”利用Hα成像光譜儀進行光譜掃描成像，光譜分辨率達到0.0024納米，達到國際先進水平。每張光譜掃描圖像實際上都包含了300多張照片，分別對應光球層和色球層不同高度處的太陽圖像，相當于對太陽低層大氣進行“CT”掃描。每一張“CT”圖反映日面上近1600萬個點的信息。

除了太陽Hα譜線，“羲和號”還同時獲得Si I譜線和Fe I譜線。Si I譜線在地面觀測時被地球大氣的水分子譜線掩蓋，“羲和號”實現了國際首次在空間直接觀測到Si I完整的譜線輪廓。

原子鑒頻，空間測速全新方案

衛星在太空中飛行需要準確獲取自身位置和速度。與近地空間任務相比，月球以遠的深空探測任務由于沒有導航衛星的輔助，只能依靠傳統的無線電測距、測速導航方法。然而無線電導航會隨著衛星飛行距離的增加而大幅下降，難以及時準確地確定衛星在太空中的位置和速度。

“羲和號”搭載的原子鑒頻太陽測速導航儀，是國際首次在軌采用原子鑒頻原理，利用鈉原子自身的超精細光譜作為頻率標準，可以實時準確地確定太陽光的頻率變化，進而獲取衛星相對太陽的視向速度。